DE19718712C1 - Schraube zum Verbinden von dünnen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube zum Verbinden von dünnen Werkstücken, mit einem Schaft und einem einen Werkzeugangriff aufweisenden, scheibenförmigen Kopf, wobei der Schaft mit einem Ge­ winde versehen ist und an seinem freien, dem Kopf abgewandten Ende eine lochformende oder -boh­ rende Spitze aufweist und wobei der Kopf in Achsrichtung der Schraube gemessen eine Höhe auf­ weist, welche kleiner ist als die doppelte Steigung des auf dem Schaft ausgebildeten Gewindes.

Eine Schraube dieser Art ist aus dem DE 93 14 466 U1 bekannt, auf das weiter unten noch näher eingegangen wird.

Gerade bei der gegenseitigen Befestigung von relativ dünnen Materialien oder bei der Befestigung von dünnen Materialien auf einem festen Untergrund werden in der Regel selbstbohrende und -ge­ windeschneidende Schrauben verwendet, wobei es aus technischen Gründen nicht möglich ist, Senkkopfschrauben einzusetzen, weil in dem einen Bohr- und Einschraubvorgang nicht auch noch ei­ ne entsprechende Vertiefung in ein Werkstück eingeformt werden kann. Wenn in diesem Befesti­ gungsbereich anschließend ein Verkleidungselement, z. B. eine Platte, anliegen soll, muß entweder vorher eine entsprechende Ansenköffnung hergestellt werden, oder aber es sind entsprechend hohe Schraubenköpfe in Kauf zu nehmen, die es nicht zulassen, daß nachträglich aufgebrachte Platten großflächig und praktisch eben auf der Unterkonstruktion aufliegen.

Bisher ist in der Fachwelt aber immer davon ausgegangen worden, daß bei selbstbohrenden und -ge­ windeschneidenden Schrauben eine entsprechende Höhe des Schraubenkopfes erforderlich ist, um das Drehmoment für den Bohr- und Gewindeformvorgang übertragen zu können. Auch bei Anord­ nung eines Innenangriffes ist eine entsprechende Höhe des Kopfes notwendig, da der Innenangriff gerade dann, wenn keine Senkkopfausbildung vorgesehen wird, nicht bis in den Bereich des Schaftes der Schraube hineinragen darf.

Die Probleme, daß Ansenköffnungen hergestellt oder entsprechend hohe Schraubenköpfe in Kauf ge­ nommen werden müssen, wobei in letzterem Falle Verkleidungselemente entsprechend ausgespart werden müssen, werden durch die Schraube der eingangs genannten Art im wesentlichen beseitigt. Den Nachteil, daß bei selbstbohrenden und -gewindeschneidenden Schrauben eine entsprechende Höhe des Schraubenkopfes erforderlich ist, um das Drehmoment für den Bohr- bzw. Gewindeform­ vorgang übertragen zu können, und daß auch bei Anordnung eines Innenangriffes eine entsprechende Höhe des Kopfes notwendig ist, da der Innenangriff gerade dann, wenn keine Senkkopfausbildung vorgesehen wird, bis in den Gewindebereich des Schaftes hineinragen darf, weist die Schraube der eingangs genannten Art aber auf. Bei dieser bekannten Schraube hat möglicherweise das Vorurteil der Fachwelt, daß ein Außenangriff an einem dünnen, scheibenförmigen Kopf nicht möglich ist, da die für den Bohr- und Gewindeformvorgang zu übertragenden Kräfte von einem so dünnen Kopf nicht aufgenommen werden können, dazu geführt, daß ein Innenangriff gewählt worden ist. Wenn eine solche Schraube aber einen Außendurchmesser von nur 4,8 mm oder weniger aufweist, dann ist bei einem so dünnen Kopf nur die Möglichkeit gegeben, die Angriffsvertiefung in den Schaft hineinzuzie­ hen, damit ausreichende Kräfte übertragen werden können. Bei der bekannten Schraube ist aber auch deshalb wohl nicht an einen Außenwerkzeugangriff gedacht worden, weil bei dem Anziehen der Schraube eine plötzliche Drehmomenterhöhung stattfindet, sobald das Werkstück an der Unterseite des Schraubenkopfes zur Anlage kommt. Dadurch wäre dann eine unerwünschte Verformung des Kopfes vorprogrammiert. Außerdem ist die Gefahr des Überdrehens des Gewindes immer gegeben, wenn zwei relativ dünne Werkstücke miteinander verbunden werden sollen. Sobald das Gewinde überdreht, ist aber keine ordentliche Verbindung mehr gewährleistet.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Schraube der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine sichere gegenseitige Befestigung von dünnen Werkstücken ermöglicht, oh­ ne daß die Schraube durch einen Innenangriff geschwächt wird, und ohne daß bei einem Überdrehen der Schraube eine ordentliche Verbindung behindert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Schraube mit den in dem Patentanspruch 1 angege­ benen Merkmalen gelöst.

Bei der Schraube nach der Erfindung ist unterhalb des Schraubenkopfes eine gewindefreie Zone vor­ gesehen. Die miteinander zu verbindenden Teile werden so sicher gegeneinander geklemmt, und die Schraube kann sich nach dem endgültigen Setzen ohne weiteres überdrehen, da in diesem Bereich kein Gewinde mehr vorhanden ist. Es ist dann eine feste Verbindung zwischen den beiden Werk­ stücken gewährleistet, wobei sich die Schraube auch nicht mehr zurückdrehend lösen kann. Gerade bei solchen Befestigungen ist es ja nur erforderlich, daß die beiden Werkstücke in der befestigten Stellung gegeneinander gedrückt werden. Von zusätzlichem Vorteil ist, daß nicht notwendigerweise eine drehmomentabhängige oder auf Anschlag wirkende Abschaltung des Drehwerkzeuges erforder­ lich ist.

Die Konstruktion der Schraube nach der Erfindung muß im Zusammenhang mit dem besonderen Ver­ wendungszweck und mit dem sehr dünnen, scheibenförmigen Schraubenkopf gesehen werden, wo­ bei auch bei einem solchen Schraubenkopf die Möglichkeit des Bohrens vorhanden sein soll, was ei­ ne entsprechende Drehmomentübertragung erfordert.

Mit der Schraube nach der Erfindung sind die oben erwähnten Vorurteile der Fachwelt überwunden worden. Die Schraube nach der Erfindung kann mit einer sehr geringen Kopfhöhe ausgeführt werden, die das nachträgliche Auflegen von Verkleidungsplatten oder dergleichen nicht behindert, aufgrund des an dem Kopf vorgesehenen Außenwerkzeugangriffes aber gestattet, ein ausreichendes Drehmo­ ment für den Bohr- und Gewindeformvorgang speziell bei einer solch geringen Höhe des Kopfes der Schraube in optimaler Weise übertragen zu können. Der Außenwerkzeugangriff ermöglicht ein opti­ males Erfassen in einem Werkzeug und beseitigt die Notwendigkeit eines Innenangriffes wie bei der Schraube der eingangs genannten Art, der den Querschnitt der Schraube im Bereich des Kopfes ent­ scheidend schwächt.

Dadurch, daß erfindungsgemäß zwischen dem Kopf und dem auf dem Schaft vorgesehenen Gewinde ein gewindefreier Schaftabschnitt ausgebildet ist, der gleich groß oder geringfügig kleiner sein kann als die Dicke der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke, ist auch die Möglichkeit gegeben, daß sich die Schraube nach dem endgültigen Setzen überdrehen kann. Dann ist eine feste Verbin­ dung zwischen den beiden Werkstücken gewährleistet, wobei sich die Schraube auch nicht mehr zu­ rückdrehend lösen kann. Gerade bei solchen Befestigungen ist es ja nur erforderlich, daß die beiden Werkstücke in der befestigten Stellung gegeneinander gedrückt werden. Von zusätzlichem Vorteil ist, daß nicht notwendigerweise eine drehmomentabhängige oder auf Anschlag wirkende Abschaltung des Drehwerkzeuges erforderlich ist.

Bei Befestigungen, welche nachträglich beispielsweise durch Verkleidungsplatten abgedeckt werden, ist es üblicherweise ohne Bedeutung, wenn durch das eingesetzte Werkzeug unter Umständen ge­ ringfügige Montagespuren hinterlassen werden. Selbst bei einer solch geringen Höhe des Kopfes ist eine ordnungsgemäße Halterung bis zum endgültigen Setzen möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Kopf in Achsrichtung der Schraube gemessen eine Höhe aufweist, welche kleiner ist als die Steigung des auf dem Schaft ausgebildeten Gewindes. Es ist also eine sehr kleine Höhe des Kopfes der Schraube vorgesehen, welche einerseits infolge des Außenwerkzeugangriffes ein optimales Erfassen in einem Werkzeug erlaubt, und anderer­ seits die besonderen Vorteile mit sich bringt, daß keine Ansenköffnung vorhanden sein oder gebildet werden muß und der überstehende Kopf für die nachträgliche Montage von Platten nicht hindernd im Wege steht.

In konstruktiver Hinsicht ist es von Vorteil, wenn der Kopf einen Mehrkant-Außenwerkzeugangriff aufweist. Eine solche Ausführung ist sowohl von der Fertigung als auch von der Handhabung in ei­ nem entsprechenden Werkzeug her gesehen als besonders einfach zu bezeichnen.

Es ist aber auch durchaus möglich, daß der Kopf einen unrunden, kurvenförmig verlaufenden Außen­ werkzeugangriff aufweist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Möglichkeit vorhanden, hier benutzerspezifisch einen bestimmten Außenwerkzeugangriff vorzusehen, da es im wesentlichen darauf ankommt, einen relativ flachen Kopf und in irgendeiner Form einen Außenwerkzeugangriff zur Verfügung zu haben.

In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, daß der Kopf an seinem Außenumfang mit Erhe­ bungen und/oder Vertiefungen zur Bildung eines Außenwerkzeugangriffes versehen ist. Somit ist stets eine entsprechend gute Verbindung zwischen dem Kopf und dem Schaft der Schraube vorhan­ den, um das notwendige Drehmoment übertragen zu können. Dies gelingt deshalb, weil - im Gegen­ satz zu einer Ausführung mit einem Innenangriff - im Übergangsbereich zwischen dem Kopf und dem Schaft keinerlei zusätzliche Materialschwächungen vorhanden sind.

Um weiter eine Möglichkeit zu schaffen, die Schraube vorab unverlierbar in einem Spezialwerkzeug halten zu können, wird vorgesehen, daß der Kopf durch das Werkzeug zumindest geringfügig hinter­ griffen werden kann. Dies gelingt erfindungsgemäß dann, wenn der Kopf in Richtung zum Schaft hin konisch angefast ist.

Wenn außerdem noch vorgesehen wird, daß ein gedachter, innerer Hüllkreis an dem Kopf im Durch­ messer zumindest annähernd gleich groß ist wie der Außendurchmesser des Gewindes auf dem Schaft, dann kann zusätzlich bewirkt werden, daß die Schraube bereits beim Ansetzen auf dem Werkstück in Achsrichtung ausgerichtet geführt wird. Ist beispielsweise ein Vierkantkopf vorgese­ hen, stehen praktisch nur die Eckbereiche dieses Vierkantkopfes, welche vom entsprechenden Werk­ zeug erfaßt werden, über den Außendurchmesser des Gewindes vor. Wenn die Schraube in dieses Werkzeug eingesetzt wird, kann die dann im Querschnitt im wesentlichen quadratische Öffnung auch als Führung für den Gewindebereich des Schaftes herangezogen werden. Bei zunehmendem Eindreh­ fortschritt wird der Kopf der Schraube langsam aus der Öffnung in dem Drehwerkzeug herausgezo­ gen, wobei der Schaft selbst in diesem fortgeschrittenen Eindrehstadium nicht mehr geführt werden muß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeich­ nung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube;

Fig. 2 eine Ansicht dieser Schraube von der Seite des Kopfes;

Fig. 3 die fertig gesetzte Schraube, welche zwei Werkstücke miteinander verbindet;

Fig. 4 und Fig. 5 zwei besondere Ausbildungsformen des Kopfes der Schraube.

Eine Schraube 1 ist mit einem Schaft 2 und einem einen Werkzeugangriff aufweisenden Kopf 3 ver­ sehen. Der Schaft 2 weist zumindest teilweise ein Gewinde 4 auf. Am freien, dem Kopf 3 abge­ wandten Ende des Schaftes 2 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform ein Bohrteil 5 ausgebildet.

Der Kopf 3 verfügt in Achsrichtung der Schraube 1 gemessen über eine Höhe LK, welche kleiner ist als die doppelte Steigung S des auf dem Schaft 2 ausgebildeten Gewindes 4 und weist einen Außen­ werkzeugangriff 6 auf. Aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß die Höhe LK des Kopfes 3 sogar kleiner ausgeführt ist als die Steigung S des Gewindes 4. Bei der Ausführungsvarian­ te nach den Fig. 1 bis 3 ist somit ein Kopf 3 gegeben, welcher im wesentlichen scheibenförmig aus­ gebildet ist und einen Mehrkant-Außenwerkzeugangriff 6 aufweist, wobei hier ganz speziell ein Vier­ kant, also in Draufsicht eine quadratische Form des Kopfes 3, vorgesehen ist. Wenn bei einer sol­ chen Ausgestaltung des Kopfes 3 ein innerer Hüllkreis 7 (Fig. 2) gedacht wird, dann ist ersichtlich, daß dieser zumindest annähernd gleich groß oder wie beim gezeigten Beispiel etwas größer ist als der Außendurchmesser D des Gewindes 4. Ist dann bei einem Werkzeug zum Einsetzen einer Schrau­ be eine entsprechend tiefe Aufnahmeöffnung - welche im Querschnitt quadratisch ausgeführt sein muß, um den Kopf 3 erfassen zu können - vorgesehen, dann ergibt sich im vorderen Bereich dieses Werkzeuges durch die Anlagemöglichkeit des Gewindes 4 eine zusätzliche Führung beim Ansetzen der Schraube auf miteinander zu verbindenden Werkstücken 8 und 9, obwohl das Werkzeug nur ei­ nen relativ kleinen axialen Bereich zur Verfügung hat, um an dem Kopf 3 entsprechend anzugreifen. Die Führung für die Schraube 1 selbst wird umso besser, je näher sich die Breite B des hier quadrati­ schen Kopfes 3 und der Außendurchmesser D des Gewindes 4 kommen. Die optimalste Führung ist somit dann gegeben, wenn die Breite B praktisch dem Durchmesser D entspricht, d. h. der Hüllkreis 7 den gleichen Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser D des Gewindes 4.

Zwischen dem Kopf 3 und dem auf dem Schaft 2 vorgesehenen Gewinde 4 ist zweckmäßig ein ge­ windefreier Schaftabschnitt 10 vorhanden. Diese Ausgestaltung ermöglicht bei entsprechend dünnen miteinander zu verbindenden Werkstücken 8 und 9 ein Überdrehen der Schraube, ohne daß das Drehmoment zu stark anwächst. Auch wenn die Schraube überdreht wird, werden die Werkstücke 8 und 9 fest zusammengehalten, und es ist praktisch nicht mehr möglich, daß sich diese Schraubver­ bindung durch Zurückdrehen der Schraube 1 löst.

Läßt die besondere Ausgestaltung eines Werkzeuges eine feste Halterung des Kopfes 3 zu, dann kann zusätzlich vorgesehen werden, daß der Kopf 3 in Richtung zum Schaft 2 hin konisch angefast ist. Diesfalls würde im fertig gesetzten Zustand gesehen vom Kopf 3 in Richtung gegen das Werk­ stück 8 hin eine Hinterschneidung gebildet, welche es ermöglicht, den Kopf beispielsweise durch ra­ dial zu öffnende oder zu schließende Backen zu erfassen.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 ist der Kopf 3 der Schraube 1 ebenfalls scheiben­ förmig ausgebildet, weist jedoch einen unrunden, kurvenförmig verlaufenden Außenwerkzeugan­ griff 6 auf. Es sind hier die verschiedensten Gestaltungsmöglichkeiten für einen Außenwerkzeugan­ griff 6 gegeben, wobei unter Umständen auch darauf geachtet werden kann, daß sich solche Schrau­ ben nur von Befugten eindrehen und gegebenenfalls wieder lösen lassen. Gerade bei solchen Formen bedarf es eines Spezialwerkzeuges, um einen solchen Außenwerkzeugangriff 6 überhaupt ordnungs­ gemäß erfassen zu können.

Die Ausgestaltung nach Fig. 5 zeigt auf, daß hier ein gedachter Hüllkreis 7 innerhalb des Werkzeug­ angriffes 6 am Kopf 3 der Schraube 1 gleich groß ausgeführt ist wie der Durchmesser D des Gewin­ des 4. Bei einer solchen Ausführung ist die Öffnung in dem entsprechenden Werkzeug der Form des Außenwerkzeugangriffes 6 angepaßt, wobei trotzdem eine ausgerichtete Führung für den Schaft 2 im Bereich des Gewindes 4 vorhanden ist.

Es können gerade im Bereich des Kopfes 3 verschiedene Ausgestaltungen vorgesehen werden. Zur Bildung eines entsprechenden Außenwerkzeugangriffes sind anstelle eines Mehrkant-Außenwerk­ zeugangriffes oder anstelle von unrunden, kurvenförmig verlaufenden Außenwerkzeugangriffen auch verschiedene Erhebungen und/oder Vertiefungen möglich.

In der vorstehenden Beschreibung wurde bei der Schraube 1 davon ausgegangen, daß an dem einen Ende des Schaftes 2 ein Bohrteil 5 ausgebildet ist. Es ist genauso denkbar, hier ein entsprechendes Bohrplättchen einzusetzen oder aber eine lochformende Spitze vorzusehen. Die Schraube selbst kann einstückig und durchgehend aus dem gleichen Material bestehen. Es ist aber ebenfalls denkbar, den Bohrteil 5 oder ein entsprechendes Bohrplättchen oder eine Lochformspitze aus einem anderen Werk­ stoff auszuführen und mit dem restlichen Schaftabschnitt zu verschweißen.

Die hier vorgesehene, sehr geringe Kopfhöhe erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn auf die miteinander verbundenen Werkstücke 8 und 9 nachträglich noch Verkleidungsplatten oder dergleichen aufgebracht werden müssen. Es ergeben sich dann beispielsweise bei wandhohen Ele­ menten keinerlei Probleme mit den in nur geringem Maße vorstehenden Schraubenköpfen. Auch wenn die geringe Kopfhöhe nicht deshalb gewählt wird, weil nachträglich noch verschiedene Platten montiert werden sollen, erweist sich ein solch flacher Kopf auch bei anderen Befestigungsarten als ästhetisch, und vor allem ist eine entsprechende Sicherheit gegeben, da zum Lösen einer solchen Schraube kaum geeignete Werkzeuge zur Verfügung stehen.

Claims (7)

1. Schraube zum Verbinden von dünnen Werkstücken, mit einem Schaft und einem einen Werkzeug­ angriff aufweisenden, scheibenförmigen Kopf, wobei der Schaft mit einem Gewinde versehen ist und an seinem freien, dem Kopf abgewandten Ende eine lochformende oder -bohrende Spitze auf­ weist und wobei der Kopf in Achsrichtung der Schraube gemessen eine Höhe aufweist, welche kleiner ist als die doppelte Steigung des auf dem Schaft ausgebildeten Gewindes, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Kopf (3) ein Außenwerkzeugangriff (6) ausgebildet ist, und daß zwi­ schen dem Kopf (3) und dem auf dem Schaft (2) vorgesehenen Gewinde (4) ein gewindefreier Schaftabschnitt (10) ausgebildet ist, dessen Länge gleich groß oder geringfügig kleiner ist als die Gesamtdicke der miteinander zu verbindenden Werkstücke (8, 9).

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) in Achsrichtung der Schraube (1) gemessen eine Höhe (LK) aufweist, welche kleiner ist als die Steigung (S) des auf dem Schaft ausgebildeten Gewindes (4).

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) einen Mehrkant- Außenwerkzeugangriff (6) aufweist.

4. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) einen unrunden, kurvenförmig verlaufenden Außenwerkzeugangriff (6) aufweist.

5. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) an seinem Außen­ umfang mit Erhebungen und/oder Vertiefungen zur Bildung eines Außenwerkzeugangriffes (6) ver­ sehen ist.

6. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) in Rich­ tung zum Schaft (2) hin konisch angefast ist.

7. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gedachter, innerer Hüllkreis (7) an dem Kopf (3) im Durchmesser zumindest annähernd gleich groß ist wie der Außendurchmesser (D) des Gewindes (4) auf dem Schaft (2).